Сополимерное покрытие контейнеров из алюминиевого сплава для пищевых продуктов и напитков

Сополимерное покрытие контейнеров из алюминиевого сплава для пищевых продуктов и напитков

Реферат

 

Лист из алюминиевого сплава снабжают грунтовочным слоем, содержащим продукт реакции между оксидом алюминия или гидроксидом алюминия и сополимером винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты, и покрывают полимерной композицией покрытия, содержащей поливинилхлорид или эпоксидную смолу. Лист из алюминиевого сплава с полимерным покрытием используют для формования из него корпусов контейнеров для пищевых продуктов или торцевых крышек для алюминиевых контейнеров для пищевых продуктов и напитков. Техническим результатом изобретения является улучшение коррозионной стойкости подложек из алюминиевого сплава, служащих для изготовления из них контейнеров для пищевых продуктов, а также улучшение прочно связующей афинности к полимерам. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл,. 1 ил.

Изобретение относится к корпусам или торцевым крышкам контейнера для пищевых продуктов и напитков, а также к способу их изготовления из листового алюминиевого сплава. А именно, изобретение относится к листу из алюминиевого сплава с полимерным покрытием, содержащему слой, включающий продукт реакции оксидного или гидроксидного слоя и сополимера винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты.

Хотя алюминий сам защищает себя от коррозии, образуя естественное оксидное покрытие, эта защита недостаточна. В присутствии влаги и электролитов алюминиевые сплавы корродируют намного быстрее, чем чистым алюминий.

Таким образом, существует потребность в обработке грунтовками или другими химическими веществами подложек из алюминиевого сплава, чтобы улучшить их коррозионную стойкость, а также прочно связующую аффинность к полимерам.

Согласно уровню техники на алюминиевых сплавах образовывали химические конверсионные покрытия посредством "конверсии" поверхности металла в тесно связанное с металлом покрытие, часть которого состоит из окисленной формы алюминия. Химические конверсионные покрытия обеспечивают высокую устойчивость к коррозии и улучшенную связующую аффинность к полимерным покрытиям. Конверсионное покрытие с солью хромовой кислоты (хроматом) обычно получают контактированием алюминия с водным раствором, содержащим шестивалентные или трехвалентные ионы хрома, ионы фосфата и ионы фторида. В последние годы возникла озабоченность в связи с загрязняющим действием хроматов и фосфатов, попадающих с отходами в окружающую среду вследствие таких процессов. Вследствие высокой растворимости и сильно окислительного характера шестивалентных ионов хрома требуется применение дорогостоящих технологий по обработке водных отходов, чтобы, с целью их очистки, восстановить шестивалентные ионы хрома в трехвалентные ионы хрома.

В прошлом предпринимались попытки создать для алюминия приемлемые конверсионные покрытия, свободные от хрома. Например, некоторые безхромовые конверсионные покрытия содержат цирконий, титан, гафний и/или кремний, иногда в сочетании с фторидами, поверхностно-активными веществами и полимерами, например полиакриловой кислотой. Несмотря на большие усилия, которые предпринимались ранее, пока еще не существует полностью удовлетворительного нехроматного конверсионного покрытия или грунтовки для улучшения адгезии и коррозионной стойкости подложек из алюминиевого сплава с полимерным покрытием.

Основной задачей изобретения является создание листа из алюминиевого сплава с полимерным покрытием, имеющего грунтовочный слой, содержащий продукт реакции между сополимером винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты и слоем оксида или гидроксида алюминия на поверхности листа.

Связанной с этим задачей изобретения является создание грунтовочного слоя для листа из алюминиевого сплава, свободного от соединений хрома.

Дополнительные задачи и преимущества изобретения станут очевидными для специалистов в данной области из последующего подробного описания.

На чертеже представлена блок-схема способа по изобретению.

Согласно изобретению, предлагается способ изготовления листа алюминиевого сплава с полимерным покрытием, пригодного формования из него корпуса или торцевой крышки контейнера для пищевых продуктов или напитков.

В число алюминиевых сплавов, пригодных для изготовления корпусов или торцевых крышек контейнеров с полимерным покрытием, входят алюминиево-магниевые сплавы серии АА 5000, в частности сплавы АА 5042 и АА 5182.

Алюминиевые сплавы, пригодные для изготовления торцевых крышек контейнеров, например АА 5182, получают в виде болванки, заготовки или сляба (пластины) по технологии литья, известной из уровня техники. Перед обработкой отливку или заготовку нагревают для гомогенизации сплава. Затем заготовку из сплава подвергают горячей прокатке для получения листа промежуточной толщины. Например, материал может быть подвергнут горячей прокатке при температуре металла на входе около 700-975Ф для получения промежуточного продукта, имеющего толщину около 0,130 дюйма - 0,190 дюйма. Этот материал подвергают холодной прокатке для получения листа толщиной около 0,008-0,015 дюйма. Мы предпочитаем листовой материал марок H19 или Н39 из алюминиевого сплава АА 5042. Листовой материал из алюминиевого сплава 5042 для торцевых крышек предпочтительно имеет мерку H19.

Алюминиевые сплавы, например, АА 5042, получают в виде болванки, которую гомогенизируют. За этим следует горячая прокатка до промежуточной толщины около 0,125 дюйма. Продукт с промежуточной толщиной обычно подвергают отжигу, за которым следуют горячая прокатка и затем холодная прокатка до конечной толщины продукта около 0,008-0,015 дюйма. Лист покрывают полимером, а затем вытягивают и повторно вытягивают в корпуса контейнеров для пищевых продуктов. Мы предпочитаем листовой материал марки Н2Е72 из алюминиевого сплава АА 5042.

Естественное оксидное покрытие на поверхности листа из алюминиевого сплава обычно является достаточным для целей данного изобретения. Естественное оксидное покрытие обычно имеет толщину приблизительно 30-50 Ангстрем. Для лучшей защиты от коррозии оксидное покрытие может быть увеличено посредством обработки, как например, анодным окислением или гидротермической обработкой в воде, водяном паре или водных растворах.

Лист из алюминиевого сплава по изобретению обычно очищают щелочным моющим средством для удаления остатков смазки, пристающей к поверхности, и затем промывают водой. Очистку можно не осуществлять, если содержание остаточной смазки является ничтожным.

Очищенную поверхность листа затем покрывают грунтовочной композицией, содержащей водный раствор с около 1-20 г/л сополимера винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты /сополимера ВФК-АК/. Предпочтительны растворы, содержащие около 4-10 г/л сополимера. Сополимер обычно содержит около 5-50 мольн.% винилфосфоновой кислоты, предпочтительно около 20-40 мольн.%. Особенно предпочтительно, если сополимер ВФК-АК содержит около 30 мольн.% ВФК и около 70 мольн.% АК. Раствор имеет температуру около 100-200Ф, предпочтительно около 120-180Ф. Особенно предпочтительно, если раствор имеет температуру около 170Ф.

Поверхность листа может погружаться в грунтовочную композицию или композиция может наноситься валиком или напылением на поверхность листа. Предпочтительная непрерывно действующая технологическая линия по очистке и предварительной обработке работает со скоростью около 1000-1500 фут/мин. Время контакта между поверхностью листа и грунтовочной композицией, составляющее около 6 с, является достаточным при скорости технологической линии 1000 фут/мин. Сополимер ВФК-АК реагирует с оксидным или гидроксидным слоем, образуя грунтовочный слой на поверхности листа.

При желании грунтованный лист может быть промыт водой для удаления части сополимера ВФК-АК, непрореагировавшего с оксидным или гидроксидным слоем. Промывочная вода предпочтительно имеет температуру около 170-180Ф. Промывочную воду концентрируют, удаляя избыточную воду, чтобы можно было повторно использовать сополимер ВФК-АК. В число предпочтительных способов концентрирования входят обратный осмос и фильтрование через мембрану.

Грунтованный лист покрывают полимерной композицией, которая предпочтительно содержит органический полимер и частицы пигмента, диспергированные в органическом растворителе. Тремя предпочтительными полимерами покрытия являются эпоксидные смолы, поливинилхлорид и сложные полиэфиры. В число подходящих эпоксидных смол входят фенольно-модифицированные эпоксидные смолы, эпоксидные смолы, модифицированные сложным полиэфиром, и эпокси-модифицированный поливинилхлорид.

С другой стороны, покрытие может быть нанесено на грунтованный лист электроосаждением, щелевым способом или экструзией.

Частицы пигмента предпочтительно состоят из двуокиси титана, глинозема или кремнезема. Мы предпочитаем частицы двуокиси титана со средним размером частиц 0,5010 микрон.

Лист с полимерным покрытием сушат, свертывают и затем окончательно формуют в корпуса или торцевые крышки контейнеров.

Согласно изобретению несколько образцов листового материала из алюминиевого сплава АА 5182, имеющих размер 2 дюйма 4 дюйма, очищали, грунтовали сополимером винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты и затем покрывали поливинилхлоридной композицией. Сополимер ВФК-АК содержал 30 мольн.% ВФК и 70 мольн.% АК.

Образцы с полихлорвиниловым покрытием испытывали на стойкость к помутнению и на прочность сцепления покрытия. Одну группу образцов помещали в пивную банку, наполненную пивом, закупоривали банку и затем нагревали ее в водяной ванне в течение 30 минут при температуре 180Ф. Другую группу образцов погружали на 30 минут в ванну с деионизированной водой, нагретой до 180.

Извлекали опытные образцы из их опытных сред, промывали деионизированной водой и высушивали. Регистрировали помутнение, если оно было очевидно по визуальному наблюдению. Испытания на прочность сцепления покрытия проводили нанесением лезвием ножа перекрестных штрихов /горизонтальных и вертикальных штрихов, расположенных друг от друга с интервалом около 1/8 дюйма - 3/16 дюйма/ сквозь покрытие до основного металла. На участок с перекрестными штрихами наклеивали очень липкую ленту /3М №610/. После контакта в течение 5 секунд ленту быстро снимали, оттягивая ее под углом приблизительно 90 к поверхности металла. Ниже показаны результаты испытания с лентой и с грунтовкой из П/ВФК-АА/ и подобных испытаний с лентой и с грунтовками из поливинилфосфоновой кислоты /ПВФК/ и полиакриловой кислоты /ПАК/.

Хотя здесь описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, понятно, что изобретение может быть модифицировано иным образом, не выходя из объема прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Способ изготовления листа из алюминиевого сплава с полимерным покрытием, пригодного для формования из него корпуса или торцевой крышки контейнера для пищевых продуктов или напитков, предусматривающий а) обеспечение листа из алюминиевого сплава, поверхностная часть которого содержит оксид алюминия или гидроксид алюминия, b) покрытие указанной поверхностной части грунтовочной композицией, содержащей водный раствор, состоящий, по существу, из воды и сополимера винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты, с образованием грунтовочного слоя, содержащего продукт реакции между указанным сополимером и указанным оксидом или гидроксидом, и с) покрытие указанного грунтовочного слоя композицией покрытия, содержащей полимер, выбранный из группы, состоящей из поливинилхлорида, эпоксидных смол и сложных полиэфиров.

2. Способ по п.1, дополнительно предусматривающий стадию d) придания указанному листовому материалу форму корпуса или торцевой крышки контейнера.

3. Способ по п.1, дополнительно предусматривающий стадию (d’), после стадии (b) и перед стадией (с), - промывки указанного листа для удаления части указанного сополимера, не прореагировавшего с указанным оксидом или гидроксидом.

4. Способ по п.1, в котором указанный сополимер содержит около 5-50 мол.% винилфосфоновой кислоты.

5. Способ по п.1, в котором указанный сополимер содержит около 20-40 мол.% винилфосфоновой кислоты.

6. Способ по п.1, в котором указанная грунтовочная композиция содержит около 1-20 г/л указанного сополимера, растворенного в воде.

7. Способ по п.1, в котором указанная грунтовочная композиция имеет температуру около 120-220Ф (49-93С) на стадии (b).

8. Способ по п.1, в котором указанная композиция покрытия дополнительно содержит органический растворитель.

9. Способ по п.1, в котором указанная композиция покрытия дополнительно содержит частицы пигмента, выбранного из группы, состоящей из двуокиси титана, кремнезема и глинозема.

10. Способ по п.1, в котором указанный лист из алюминиевого сплава содержит алюминиево-магниевый сплав серии АА 5000.

11. Способ по п.1, в котором указанная композиция покрытия содержит поливинилхлорид.

12. Лист из алюминиевого сплава с полимерным покрытием, полученный способом по п.1.

13. Лист из алюминиевого сплава с полимерным покрытием по п.12, содержащий алюминиево-магниевый сплав серии АА 5000, покрытый грунтовочной композицией, состоящей, по существу, из сополимера винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты, содержащего около 20-40 мол.% винилфосфоновой кислоты и около 60-80 мол.% акриловой кислоты, и композицией покрытия, содержащей поливинилхлорид.

14. Корпус контейнера или его торцевая крышка из алюминиевого сплава, полученные способом по п.3.

15. Лист из алюминиевого сплава с полимерным покрытием, содержащий а) листовой алюминиевый сплав, содержащий алюминиево-магниевый сплав серии АА 5000 и имеющий поверхностную часть, содержащую оксид алюминия или гидроксид алюминия, б) грунтовочный слой, содержащий продукт реакции между указанным оксидом или гидроксидом с сополимером винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты, содержащим около 20-40 мол.% винилфосфоновой кислоты, и в) композицию покрытия, сцепленную с указанным грунтовочным слоем и содержащую полимер, выбранный из группы, состоящей из поливинилхлорида, эпоксидных смол и сложных полиэфиров.

16. Способ изготовления листа из алюминиевого сплава с полимерным покрытием, пригодного для формования из него корпуса или торцевой крышки контейнера для пищевых продуктов или напитков, предусматривающий а) обеспечение листа из алюминиевого сплава, содержащего алюминиево-магниевый сплав серии АА 5000 и поверхностная часть которого содержит оксид алюминия или гидроксид алюминия, б) покрывание указанной поверхностной части композицией, содержащей водный раствор, состоящий, по существу, из воды и около 1-20 г/л сополимера винилфосфоновой кислоты и акриловой кислоты, содержащего около 5-20 мол.% винилфосфоновой кислоты, с образованием слоя, содержащего продукт реакции между указанным сополимером и указанным оксидом или гидроксидом, и в) покрывание указанного слоя композицией покрытия, содержащей полимер, выбранный из группы, состоящей из поливинилхлорида, эпоксидных смол и сложных полиэфиров.

17. Способ по п.16, в котором указанный водный раствор состоит, по существу, из воды и около 4-10 г/л сополимера.

РИСУНКИ

Рисунок 1